对能量采集系统中电源管理的一些看法

对能量采集系统中电源管理的一些看法

能量收集的概念已经出现超过10 年了，然而在现实环境中，由环境能源供电的系统一直很笨重、复杂和昂贵。不过，有些市场已经成功地采用了能量收集方法，如交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测和楼宇自动化市场。尤其是在楼宇自动化系统中，诸如占位传感器、自动调温器甚至光控开关等，以前安装时通常使用的电源或控制配线，现在已经不需要了，取而代之的是，它们采用了局部能量收集系统。

能量收集系统的一个主要应用是楼宇自动化系统中的无线传感器。为方便说明，我们考虑一下美国能源使用的分布情况。建筑物每年都是能源生产的头号用户，约占总能耗的38%，紧随其后的是交通运输和工业领域，各占总能耗的28%。此外，建筑物可以进一步分成商用建筑和民用建筑，在这38% 的能耗中，分别分得17% 和21%。而民用建筑21% 的能耗数字还可以进一步划分，其中取暖、通风和空调（HV AC）约占民用建筑总能耗的3/4。目前预计，从2003 年到2030 年，能源使用量将翻一番，依此推算，采用楼宇自动化系统可以节省多达30% 的能源［数据来源：World Energy，Technology and Climate policy outlook （WETO），由欧盟多个研究机构联合撰写］。

类似地，一个采用能量收集方法的无线网络可以将一幢大楼中任何数量的传感器连接起来，以在非主要区域的大楼或房间中没人时，调节该区域的温度或关掉该区域的照明灯，从而降低HV AC 和电力费用。此外，能量收集电子线路的成本常常低于布设电源线的成本或更换电池所需的日常维护成本，因此用收集的能量供电之方法，显然有经济收益。不过，如果每个节点都需要自己的外部电源，那么很多无线传感器网络就失去了优势。尽管电源管理技术确实在持续发展，已经使电子电路能在给定电源情况下工作更长时间，但这是有限度的，而用收集的能量供电提供了一种补充方法。因此，能量收集通过将局部环境能源转换成可用的电能，成为一种给无线传感器节点供电的方法。环境能源包括光、温差、振动波束、已发送RF 信号或能通过换能器产生电荷的任何能源。这些能源在我们周围到处都是，利用合适的换能器，如面向温差的热电发生器（TEG）、面向振动的压电组件、面向太阳光（或室内照明光）的光伏电池等，可将这些能源转换成电能，甚至可以